李 岩1,2，赵业青1,2，宋国华1，周 红1，杜修华1，陈修梵1
（1．山东南山铝业股份有限公司国家铝合金压力加工工程技术研究中心，山东龙口265713： 2．北京南山航空材料研究院，北京100048）
摘要：5A02铝合金法兰盘锻件的个别产品机加工表面出现点状黑斑。采用金相显微镜、扫描电镜及能谱分析等对法兰盘锻件的机加工表面的黑斑进行了分析。结果表明，该锻件机加工表面的黑斑部位比基体表面粗糙，能谱分析表明黑斑是外部切削液中残留的脏物粘附在粗糙部位形成的。
关键词：5A02铝合金；法兰盘锻件；机加表面；黑斑
中图分类号：TG146. 21 文章编号：1007 - 7235( 2016) 06 - 0042 - 04
管道法兰盘的应用很广，加工材质多样，刚度和工艺要求上也有区别。管道法兰盘的使用环境对其力学性能要求不高，但对其表面的光洁度要求较高。目前的加工方式有压力铸造成形、锻压冲孔、挤压成形以及液态模锻成形。5A02铝合金法兰盘锻件的加工工艺采用胎模锻成饼、冲孔及后续机械加工成形。铝合金在锻造过程容易形成折叠、裂纹、起皮、粗晶、涡流、穿流等缺陷。该法兰盘锻造工艺较简单，但在机加工后，发现在少数法兰盘锻件的表面出现黑色斑块，个别锻件的黑斑遍布整个表面而被用户拒收。对于无法交货的法兰盘锻件，其表面黑斑是当前急需解决的问题。
1 试验方案
在法兰盘锻件表面黑斑位置切取样品，对样品进行清洗后，不经研磨抛光，对黑斑部位及基体直接使用扫描电镜及能谱分析进行组织及成分分析。
将有缺陷的产品从径向切取样品，分别对法兰盘上横截面、1/2厚度横截面及纵截面3个表面进行检测，制备样品时采用研磨抛光、酸蚀等方法，使用金相显微镜分析这些样品的组织特征。
综合以上两种方法的检查结果，分析缺陷产生的原因。该法兰盘的剖面取样示意图见图1。
2检测结果
2.1宏观检测结果
目测观察发现，出现黑斑的部位其表面较粗糙，黑斑呈现点状，如图2所示。
2.2力学性能检测
将法兰盘锻件的室温横向拉伸性能要求以及检测结果列于表1中。由表1数据可知，所生产的法兰盘锻件力学性能完全满足用户的要求。
2.3微观组织观察
使用金相显微镜检测研磨抛光表面U1、C1及C2。图3所示为U1表面放大50倍、100倍和200倍的显微照片。图4为C1表面及C2表面的金相组织照片。
从图3中可见，法兰盘锻件机加工的上表面U1存在很多微型孔洞，推测为铸锭在熔炼铸造时形成的气孔、疏松等缺陷，在自由锻镦饼时并未完全压合。
图4所示为法兰盘锻件C1及C2表面组织特征对比。很显然，在法兰盘C1表面仍然存在微型孔洞缺陷，但C2表面组织特征表明该方向组织变形均匀，且铸态组织被打碎，缺陷被压合，不存在孔洞。
图5a、b所示为扫描电镜拍摄研磨抛光样品中孔洞的二次电子照片（Sa图中用椭圆标注，5b图中用箭头标注），5c、d所示为未经研磨抛光样品的扫描电镜背散射照片。5a、b图中很明显看到类似气孔的缺陷；5c、d图中可见，黑斑部位表面与基体相比更粗糙。图2中显示整个机加工表面的车痕明显，可见所用的车刀并不锋利，存在明显刮划。
在图5d中黑斑标记为R1，R2，R3，基体标记为Y1，Y2，Y3。将图5d照片中作标注的部位进行EDS成分分析，得到黑斑部分的平均成分以及基体的平均成分，列于表2中。
由表2中数据显示的黑斑成分可知，该黑色物质来自机加工过程，并非来自基体，是污渍附着在机加工表面的粗糙部位。基体平均成分表明机加工表面已被轻微氧化。
3 分析与讨论
目测该法兰盘锻件机加工表面，发现车痕明显；用放大镜观察时，发现黑斑部位的基体较粗糙。金相显微镜观察发现，在机加工的上表面存在很多微型孔洞，其厚度方向并不存在这些缺陷。推断其孔洞是在熔炼铸造过程中形成的疏松或气孔等缺陷，在锻造过程并未完全压合，部分残留在锻件内，如果机加工过程中车刀不锋利，在进行表面加工时，车刀经过这些微型孔洞时造成刮划，在孔洞部位形成粗糙表面。油基切削液中含有清净、分散、抗磨、抗氧、抗腐蚀、抗泡添加剂成分，机加工过程的切削液中如果残留有脏污物，机加工后表面没有立即进行冲洗，污物便会附着并保留在该粗糙表面，形成肉眼可见的黑斑。
4结束语
1)锻造法兰盘用的铸锭存在气孔、疏松等缺陷，在自由锻镦饼过程中这些缺陷未完全锻合，它们残留在变形量较小的横向表面；
2)机加工用的车刀不锋利，在机加工过程中，当车刀走过气孔、疏松等缺陷的位置，造成刮划，引起机加工表面粗糙或细微毛刺，而后切削液中的脏污粘附在上面，便会形成宏观所见的黑斑。
